多媒体概述

多媒体概述

多媒体技术促进了计算机科学及其相关学科的发展和融合，开拓了计算机在国民经济各个领域的广泛应用，从而对社会、经济产生了重大的影响。多媒体技术加速了计算机进入家庭和社会各个方面的进程，给人们的工作和生活带来了一场革命。本章将学习多媒体及多媒体技术的有关概念、多媒体技术的特点、多媒体计算机的基本硬件配置和软件环境以及多媒体技术的应用与发展趋势等知识。通过基础理论的学习，帮助大家了解多媒体有关知识，为进一步学习后续章节做好准备。

1.1 多媒体基础知识

多媒体技术是现代计算机技术的重要发展方向，也是现代计算机技术发展最快的领域之一。多媒体计算机技术与通信技术、网络技术的融合与发展打破了时空和环境的限制，涉及了计算机出版业、远程通信、家用音像电子产品以及电影与广播等主要工业范畴，从根本上改变了人们的生活方式和现代社会的信息传播方式，是社会信息化高速公路的基础。

1.1.1 多媒体及其功能

在介绍多媒体技术之前，首先了解一些多媒体的基本概念及多媒体技术的主要特点。

1．基本概念 （1）媒体

媒体（Media）可以理解为是人与人或人与外部世界之间进行信息沟通与交流传递的载体。根据CCITT的定义，媒体有以下5大类，感觉媒体、表示媒体、显示媒体、存储媒体和传输媒体。其核心是表示媒体，即信息的存在形式和表现形式，如日常生活中的报纸、电视、广播、广告和杂志等信息，借助于这些载体得以交流传播。如果对这些媒体的本质进行详细分析，就可以找到媒体传递信息的基本元素，如声音、图片、视频、影像、动画和文字等，它们都是媒体的组成部分。在计算机领域中，媒体曾被广泛译作“介质”，指的是信息的存储实体和传播实体。现在一般译为“媒体”，表示信息的载体。

媒体在计算机科学中主要包含两层含义。其一是指信息的物理载体，如磁盘、光盘、磁带和卡片等；另一种含义是指信息的存在和表现形式，如文字、声音、图像和动画等。多媒体技术中所称的媒体是指后者，即多媒体不仅能处理文字、数据之类的信息媒体，而且还能处理声音、图形和图像等各种形式的信息载体。

（2）多媒体

多媒体来自英文Multimedia，该词由Multimple（多）和Media（媒体）复合而成，而对应的单媒体是Monomedia。简单理解，多媒体是指两个或两个以上的单媒体的有机组合，

意味着“多媒介”或“多方法”。日常生活中媒体传递信息的基本元素是声音、文字、图像、动画、视频和影像等，这些基本元素的组合就构成了人们平常接触的各种信息。计算机中的多媒体就是指将文字、图形、图像、音频、视频和动画等基本媒体元素以不同形式组合以传递信息的有机综合。

（3）超文本与超媒体

超文本是一种用于文本、图形或计算机的信息组织形式。它使得单一的信息元素之间相互交叉引用。这种引用并不是通过复制来实现的，而是通过指向被引用的地址字符串来获取相应的信息。这是一种非线性的信息组织形式。它使得Internet成为真正为大多数人所接受的交互式的网络。利用超文本形式组织起来的文件不仅仅是文本，也可以是图、文、声、像以及视频等多媒体元素复合形式的文件，这种多媒体信息就构成了超媒体。

（4）流媒体

流媒体是应用流技术在网络上传输的多媒体文件（音频、视频、动画或者其他多媒体文件），而流技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放到网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等待整个压缩文件全部下载到自己机器后，才可以观看的网络传输技术。

2．多媒体技术的特点

早期的计算机由于受到计算机技术、通信技术的限制，只能接收和处理字符信息。字符信息被人们长期使用，其特点是处理速度快、存储空间小，但形式呆板，仅能利用视觉获取，靠人的思维进行理解，难于描述对象的形态、运动等特征，不利于完全真实地表达信息的内涵。图像、声音、动画和视频等单一媒体，比字符表达信息的能力更强，但均只能从一个侧面反映信息的某方面特征。

多媒体技术是一门综合的高新技术。它是集声音、视频、图像和动画等多种媒体于一体的信息处理技术，它可以接收外部图像、声音和影像等多种媒体信息，经过计算机加工处理后，以图片、文字、声音和动画等多种形式输出，实现输入、输出方式的多元化，改变了计算机只能处理文字、数据的局限，使人们的工作、生活更加丰富多彩。

多媒体技术是指利用计算机交互式综合处理多种媒体信息——文本、图形、图像和声音等，使多种媒体之间建立逻辑连接，集成为一个整体系统并具有一定的交互性。多媒体技术主要具有以下特点。

（1）多维性

多维性是指多媒体技术具有的处理信息范围的空间扩展和放大能力。利用多媒体技术能将输入的信息加以变换加工，增加输出信息的表现能力，丰富显示效果。多媒体信息使人们不但能看到文字说明，观察到静止的图像，还能听到声音，使人有身临其境之感。这种信息空间的多维性，使信息的表现方式不再单调，而是有声有色，生动逼真。

（2）集成性

多媒体技术是结合文字、图形、声音、图像和动画等各种媒体的一种应用，是一个利用计算机技术来整合各种媒体的系统。媒体依其属性的不同可分成文字、音频和视频。文字又可分成字符与数字，音频可分为语言和音乐，视频又可分为静止图像、动画和影像，多媒体系统将它们集成在一起，经过多媒体技术处理，使它们能综合发挥作用。

（3）交互性

所谓交互性是指人的行为与计算机的行为互为交流沟通的关系。这也是多媒体与传统媒体最大的不同。电视教学系统虽然也具有“声、图、文”并茂的多种信息媒体，但电视节目的内容是事先安排好的，人们只能被动地接受播放的节目，而不能随意选择感兴趣的内容，这个过程是单方向的，而不是双向交互性的。如果用多媒体技术制作教学系统，学生可根据自己的需要选择不同的章节、难易各异的内容进行学习。对于重点的内容，一次未搞明白，还可重复播放。学生可参与练习、测验和实际操作等。如果学生有错，多媒体教学系统能及时评判、提示和纠正。

多媒体之所以能够迅速发展和广泛应用，是由于计算机技术和数字信息处理技术的突破性进展，所以，通常广义上的“多媒体”并不仅仅指多媒体本身，而是指处理和应用它的，包括硬件和软件在一起的一整套技术，即多媒体技术。

1.1.2 多媒体的产生

多媒体计算机技术在20世纪80年代兴起，在90年代得到了迅速的发展和广泛的应用。 多媒体计算机简称为MPC（Multimedia Personal Computer），是指具有多媒体功能，符合多媒体计算机规范的计算机。1990年11月，在Microsoft公司的主持下，Microsoft、IBM、Philips和NEC等较大的多媒体计算机厂商召开了多媒体开发者会议，成立了多媒体个人计算机市场协会（Multimedia PC Marketing Council），进行多媒体标准的制定和管理。该组织根据当时计算机的发展水平制定了多媒体计算机的基本标准MPC1，对多媒体计算机硬件规定了必需的技术规格。

1995年6月，该组织更名为“多媒体PC工作组”（Multimedia PC Working Group），公布了新的多媒体计算机标准，即MPC3。MPC3规定的多媒体计算机配置示意图如图1.1所示。

MPC3的基本要求如下。 （1）微处理器。Pentium 75MHz或更高主频的微处 理器。

图1.1 MPC3配置示意图

（2）内存。8MB以上内存。

（3）磁盘。1.44MB软驱，540MB以上的硬盘。

（4）图形性能。可进行颜色空间转换和缩放；视频图像子系统在视频允许时可进行直接帧存取，以15位/像素、352×240分辨率、30帧/秒播放视频，不要求缩放和裁剪。

（5）视频播放。编码和解码都应在15位/像素、352×240分辨率、30帧/秒（或352×288分辨率、25帧/秒），播放视频时支持同步的声频/视频流，不丢帧。

（6）声卡。支持16位声卡，波表合成技术，MIDI播放。

（7）CD-ROM。4倍速光驱，平均访问时间250ms，符合CD-XA规格，具备多段式能力。

MPC标准规定了多媒体计算机的最低配置，同时对主机的CPU性能、内存容量、外存容量以及屏幕显示能力等做了相应的规定。可用一个简单的公式表示为：

MPC=微型机（PC）+CD-ROM+声卡

一台普通PC加上声卡和CD-ROM驱动器，就能处理声音和获取较大容量的数据，具备了多媒体的基本特性。多媒体计算机的出现是随着Pentium CPU的出现而出现的，是随着Pentium MMX（Multi Media eXtension）指令集中包含了57条多媒体处理指令而发展起来的。多媒体是将多种信息媒体有机组合，能够全方位传递包括文字、声音、图形、动画和视频等媒体信息，并具有人机交互功能的一种综合技术。

1.1.3 多媒体元素及其特征

多媒体元素是指多媒体应用中可以显示给用户的媒体组成元素。涉及大量不同类型、不同性质的媒体元素，这些媒体元素数据量大，同一种元素数据格式繁多，数据类型之间的差别极大。

1．文本

文本（Text）就是习惯使用的文字集合。包括字体（Font）、字形（Style）、字号（Size）、颜色（Color）和修饰（Effect）等属性，是使用最悠久、最广泛的媒体元素，也是信息的最基本的呈现形式。其最大优点是存储空间小，但形式呆板，仅能利用视觉获取，靠人的思维进行理解，难于描述对象的形态、运动等特征。

在人机交互中，文本主要有两种形式，格式化文本和非格式化文本。格式化文本可以进行格式编排，包括各种字体、尺寸、颜色、格式及段落等属性设置，如.doc文件；非格式化文本的字符大小是固定的，仅能以一种形式和类型使用，不具备排版功能，如.txt文件。

2．图形

图形（Graphics）也称矢量图形（Vector Graphic），是计算机根据数学模型计算而生成的几何图形。图形是由直线、曲线、圆或曲面等几何形状形成的从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图，构成图形的点、线和图片由坐标及相关参数定义，如用CorelDraw绘制的图形。矢量图形优点是可以不失真缩放、占用计算机存储空间小。但矢量图形仅能表现对象结构，在表现对象质感方面的能力较弱。

3．图像

图像（Image）是指由输入设备捕获的实际场景画面或以数字化形式存储的画面，是真实物体的影像。对图片逐行、逐列进行采样（取样点），并用许多点（称为像素点）表示并存储，即为数字图像，通常称之为位图。

图像主要用于表现自然景色、人物等，能表现对象的颜色细节和质感。具有形象、直观和信息量大的优点。但图像文件的数据量很大，需要对图像数据进行压缩，即利用视觉特征，去除人眼不敏感的冗余数据。目前最为流行、且压缩效果好的位图压缩格式为JPEG，其压缩比高达30∶1以上，而且图像失真较小。

4．声音和音乐

声音（Sound）包括人说话的声音、动物鸣叫声和自然界的各种声音；而音乐（Music）是有节奏、旋律或和声的人声或乐器音响等配合所构成的一种艺术。声音和音乐在本质上是相同的，都是具有振幅和频率的声波。声波的幅度表示声音的强弱，频率表示声音音调的高低。

在多媒体项目中加入声音元素，可以给人多感官刺激，不仅能欣赏到优美的音乐，也可倾听详细和生动的解说，增强对文字、图像等类型媒体信息的理解。

声音和音乐（音频）的缺点是数据量庞大。如存储1秒钟的CD双声道立体声音乐，需要的磁盘空间与存储9万个汉字所需的空间相同，因此也必须进行压缩处理。

5．动画

动画（Animation）就是运动的图画，实质是若干幅时间和内容连续静态图像的顺序播放。用计算机实现的动画有两种，一种叫造型动画，另一种叫帧动画。造型动画每帧由图形、声音、文字和色彩等造型元素组成，由脚本控制角色的表演和行为。帧动画是由一幅幅连续的画面组成的图像序列，这是产生各种动画的基本方法。

为什么一幅幅静态的画面连续播放，就可看到动态的图像画面？这是由于人的眼睛具有视觉暂停现象，在亮度信号消失之后亮度感觉仍然可以保持1/20～1/10s的时间。动态图像（动画）就是根据这个特性而产生的。从物理意义上看，任何动态图像都是由多幅连续的图像序列构成的，沿着时间轴，每一幅图像保持一个很小的时间间隔，按顺序地在人眼感觉不到的速度（25～30帧/s）下换成另一幅图像，连续不断转换就形成了运动的感觉。电影和计算机中的动画都是如此。

6．视频

若干幅内容相互联系的图像连续播放就形成了视频（Video）。视频主要来源于摄像机拍摄的连续自然场景画面。视频与动画一样是由连续的画面组成的，只是画面图像是自然景物的图像。计算机处理的视频信息必须是全数字化的信号，但在处理过程中要受到电视技术的影响。

视频有如下几个重要技术参数。 （1）帧速

每秒钟播放的静止画面数（帧/秒）。为了减少数据量，可适当降低帧速。若帧速在16FPS （Frames Per Second）以上，在人的视觉上便可达到一定的满意程度。

（2）数据量

未经过压缩的数据量为帧速乘以每幅图像数据量。假设一幅图像为1MB，则每秒的数据量将达到25MB（PAL制式），经过压缩之后将减少为原来的几十分之一甚至更少。

（3）画面质量

画面质量除了原始图像质量外，还与视频数据的压缩比有关。压缩比小时对画面质量不会有太大影响，而压缩比如果超过一定值，画面质量将明显下降。

1.2 多媒体系统组成与分类

一台完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统是组成计算机的所有实体的集合，由电子器件、机械装置等物理部件组成。软件系统是指在硬件设备上运行的各种程序和文档资料。硬件是计算机工作的物质基础，是软件运行的场所，软件是计算机的灵魂，它们相互配合，缺一不可。

传统的微机或个人计算机处理的信息往往仅限于字符和数字，只能算是计算机应用的初级阶段，同时人和计算机之间的交互只能通过键盘和显示器，交流的途径缺乏多样性。为了改变人、机交互方式的单一，使计算机能够集声、文、图、像处理于一体，人们发明了多媒体计算机。多媒体计算机系统是对多媒体信息进行逻辑互联、获取、编辑、存储和